iOS 底層原理 文章匯總

本文的面試題主要涉及isa走位 & 繼承關(guān)系 & 類結(jié)構(gòu) 相關(guān)的面試題以及針對面試題的分析

【面試題】類存在幾份？

由于類的信息在內(nèi)存中永遠只存在一份，所以 類對象只有一份

【百度面試題】objc_object 與 對象的關(guān)系

• 所有的對象 都是以 objc_object為模板繼承過來的

• 所有的對象 是 來自 NSObject（OC） 遮精，但是真正到底層的 是一個objc_object（C/C++）的結(jié)構(gòu)體類型

【總結(jié)】 objc_object 與 對象的關(guān)系 是 繼承關(guān)系

【面試題】什么是 屬性 & 成員變量 & 實例變量 核芽？

• 屬性(property)：在OC中是通過@property開頭定義合陵，且是帶下劃線成員變量 + setter + getter方法的變量

• 成員變量(ivar)：在OC的類中{}中定義的潭兽，且沒有下劃線的變量

• 實例變量：通過當(dāng)前對象類型，具備實例化的變量王浴，是一種特殊的成員變量脆炎，例如 NSObject、UILabel氓辣、UIButton等

【附加】成員變量 和 實例變量什么區(qū)別秒裕？

• 實例變量（即成員變量中的對象變量 就是 實例變量）：以實例對象實例化來的，是一種特殊的成員變量

• NSString 是常量類型钞啸， 因為不能添加屬性几蜻，如果定義在類中的{}中，是成員變量

• 成員變量中 除去基本數(shù)據(jù)類型体斩、NSString梭稚，其他都是 實例變量（即可以添加屬性的成員變量），實例變量主要是判斷是不是對象

【面試題】元類 中為什么會有 類對象 的 類方法絮吵？

在中的探索中弧烤，我們知道了實例方法 存儲在類中，類方法存儲在元類中

為了探索我們的面試題現(xiàn)象源武，定義了以下幾個方法扼褪，來探索方法的歸屬問題

• 在LGPerson中定義一個實例方法和一個類方法

@interface LGPerson : NSObject
- (void)sayHello;
+ (void)sayHappy;

@end

@implementation LGPerson

- (void)sayHello{
    NSLog(@"LGPerson say : Hello!!!");
}

+ (void)sayHappy{
    NSLog(@"LGPerson say : Happy!!!");
}

@end

• main 主函數(shù)，用于調(diào)用自定義的方法

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        LGPerson *person = [LGPerson alloc];
        Class pClass     = object_getClass(person);
        lgObjc_copyMethodList(pClass);

        lgInstanceMethod_classToMetaclass(pClass);
        lgClassMethod_classToMetaclass(pClass);
        NSLog(@"Hello, World!");
    }
    return 0;
}

• lgObjc_copyMethodList 函數(shù)：用于獲取類的方法列表

void lgObjc_copyMethodList(Class pClass){
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(pClass, &count);
    for (unsigned int i=0; i < count; i++) {
        Method const method = methods[i];
        //獲取方法名
        NSString *key = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        LGLog(@"Method, name: %@", key);
    }
    free(methods);
}

• lgInstanceMethod_classToMetaclass 函數(shù)：用于獲取類的實例方法

void lgInstanceMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHello));

    Method method3 = class_getInstanceMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    Method method4 = class_getInstanceMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s - %p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

• lgClassMethod_classToMetaclass 函數(shù)：用于獲取類的類方法

void lgClassMethod_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);
    
    Method method1 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHello));
    Method method2 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHello));

    Method method3 = class_getClassMethod(pClass, @selector(sayHappy));
    // 元類 為什么有 sayHappy 類方法 0 1
    //
    Method method4 = class_getClassMethod(metaClass, @selector(sayHappy));
    
    LGLog(@"%s-%p-%p-%p-%p",__func__,method1,method2,method3,method4);
}

• lgIMP_classToMetaclass 函數(shù)：用于獲取方法的實現(xiàn)

void lgIMP_classToMetaclass(Class pClass){
    
    const char *className = class_getName(pClass);
    Class metaClass = objc_getMetaClass(className);

    // - (void)sayHello;
    // + (void)sayHappy;
    IMP imp1 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHello));
    IMP imp2 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHello));

    IMP imp3 = class_getMethodImplementation(pClass, @selector(sayHappy));
    IMP imp4 = class_getMethodImplementation(metaClass, @selector(sayHappy));

    NSLog(@"%p-%p-%p-%p",imp1,imp2,imp3,imp4);
    NSLog(@"%s",__func__);
}

以下是幾個函數(shù)調(diào)用的打印結(jié)果

image

下面我們挨個分析不同的函數(shù)

lgObjc_copyMethodList函數(shù) 分析

在這個函數(shù)中粱栖，主要是獲取LGPerson類中的方法列表，從實例方法存儲在類中脏毯，類方法存儲在元類中可以得知闹究，LGPerson的方法列表打印結(jié)果只有sayHello方法

lgInstanceMethod_classToMetaclass函數(shù) 分析

在分析前，需要先了解class_getInstanceMethod這個方法食店，主要是用于獲取實例方法渣淤，針對該方法赏寇，蘋果有如下說明

image

其大致含義就是：如果在傳入的類或者類的父類中沒有找到指定的實例方法，則返回NULL

從上面代碼可知价认，傳入的pclass 是類LGPerson梆砸，通過objc_getMetaClass獲取的LGPerson的元類 是元類LGPerson拿霉，函數(shù)中4個打印結(jié)果分別是：

• method1 地址：0x1000031b0

  • 傳入的pClass是LGPerson類，需要去獲取selName = sayHello的實例方法
  • 首先在LGPerson中查找，有前面的LGPerson類可知盈魁，是有這個實例方法的，所以會返回查找到的實例方法惋鹅，所以method1的地址不為0x0

• method2 地址：0x0

  • 傳入的pClass是LGPerson元類犁河，需要去獲取selName = sayHello的實例方法
  • 其查找的順序為元類 --> 根元類 --> 根類 --> nil，直到最后也沒有找到,所以class_getInstanceMethod返回NULL惠奸，其method2的地址為0x0梅誓，表示未找到

• method3 地址：0x0

  • 傳入的pClass是LGPerson類，需要去獲取selName = sayHappy的實例方法
  • 查找順序為LGPerson類 --> 根類 --> nil,也沒有找到sayhello實例方法佛南，返回NULL梗掰，所以method3的地址為0x0，表示未找到

• method4 地址：0x100003148

  • 傳入的pClass是LGPerson元類嗅回，需要去獲取selName = sayHappy的實例方法
  • 首先在LGPerson元類中查找,發(fā)現(xiàn)有sayHappy的實例方法愧怜，主要是因為類對象的類方法存儲在元類中，類方法在元類中是實例方法妈拌，然后返回查找到的實例方法拥坛，所以method3的地址為0x100003148，表示找到了指定的實例方法

lgClassMethod_classToMetaclass函數(shù) 分析

在分析前尘分，需要先了解class_getClassMethod這個方法猜惋，主要是用于獲取類方法，針對該方法培愁，蘋果有如下說明

image

其大致含義就是：如果在傳入的類或者類的父類中沒有找到指定的類方法著摔，則返回NULL

然后再來看該方法的源碼實現(xiàn)，可以得出class_getClassMethod的實現(xiàn)是獲取類的類方法定续，其本質(zhì)就是獲取元類的實例方法谍咆，最終還是會走到class_getInstanceMethod，但是在這里需要注意的一點是：在getMeta源碼中私股，如果判斷出cls是元類摹察，那么就不會再繼續(xù)往下遞歸查找，會直接返回this倡鲸，其目的是為了防止元類的無限遞歸查找

//獲取類方法
Method class_getClassMethod(Class cls, SEL sel)
{
    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    return class_getInstanceMethod(cls->getMeta(), sel);
}

??
//獲取元類
 // NOT identical to this->ISA when this is a metaclass 判斷是否是元類供嚎，是元類就直接返回，反之，繼續(xù)找isa指向
Class getMeta() {
    if (isMetaClass()) return (Class)this;
    else return this->ISA();
}

源碼流程圖如下所示

源碼流程圖

所以針對該函數(shù)的打印結(jié)果有以下分析

• method1 地址：0x0

  • pClass 是 LGPerson類克滴，selName 是 sayHello
  • 首先判斷 LGPerson類 是否是元類逼争，此時不是，返回LGPerson的元類劝赔，然后在元類中查找 sayhello實例方法誓焦。查找順序如下：元類 --> 根元類 --> 根類 --> nil，最后返回NULL

• method2 地址：0x0

  • pClass 是 LGPerson元類着帽，selName 是 sayHello
  • 首先判斷 LGPerson元類 是否是元類杂伟，此時是，直接返回元類启摄，然后在元類中查找 sayhello實例方法稿壁，發(fā)現(xiàn)并沒有找到，返回NULL

• method3 地址：0x100003148

  • pClass 是 LGPerson類歉备，selName 是 sayHappy
  • 首先判斷 LGPerson類 是否是元類傅是，此時不是，返回LGPerson的元類蕾羊，然后在元類中查找 sayHappy實例方法喧笔，發(fā)現(xiàn)有這個實例方法，直接返回找到的實例方法

• method4 地址：0x100003148

  • pClass 是 LGPerson元類龟再，selName 是 sayHappy
  • 首先判斷 LGPerson元類 是否是元類书闸，此時是，直接返回元類利凑，然后在元類中查找 sayHappy實例方法浆劲，發(fā)現(xiàn)有這個實例方法，直接返回找到的實例方法

從上面的分析結(jié)果中哀澈，我們就發(fā)現(xiàn)了一個問題 method4也不為NULL牌借，此時就很疑惑：元類中為什么會有 sayHappy 類方法？

主要還是因為class_getClassMethod方法在元類的判斷導(dǎo)致的割按，這是蘋果人為制造的 遞歸終止條件膨报，目的就是防止無限次遞歸

lgIMP_classToMetaclass函數(shù) 分析

class_getMethodImplementation 主要是返回方法的具體實現(xiàn)，針對這個方法有如下官方說明

image

其大致含義就是：該函數(shù)在向類實例發(fā)送消息時會被調(diào)用适荣，并返回一個指向方法實現(xiàn)函數(shù)的指針现柠。這個函數(shù)會比method_getImplementation(class_getInstanceMethod(cls, name))更快。返回的函數(shù)指針可能是一個指向runtime內(nèi)部的函數(shù)弛矛，而不一定是方法的實際實現(xiàn)够吩。如果類實例無法響應(yīng)selector，則返回的函數(shù)指針將是運行時消息轉(zhuǎn)發(fā)機制的一部分

下面我們也可以通過這個方法的源碼來印證上面的這個說法汪诉，

IMP class_getMethodImplementation(Class cls, SEL sel)
{
    IMP imp;

    if (!cls  ||  !sel) return nil;

    //查找方法實現(xiàn)
    imp = lookUpImpOrNil(nil, sel, cls, LOOKUP_INITIALIZE | LOOKUP_RESOLVER);

    //如果沒有找到废恋，則進行消息轉(zhuǎn)發(fā)
    if (!imp) {
        return _objc_msgForward;
    }

    return imp;
}

接下來分析這個函數(shù)中的4個打印結(jié)果

• imp1 函數(shù)指針地址：0x100001d00

  • pClass 是 LGPerson類谈秫，sel 是 sayHello
  • 根據(jù)LGPerson文件扒寄，可以得出LGPerson類中可以查找到sayHello的具體實現(xiàn)鱼鼓，所以返回一個imp函數(shù)指針的地址

• imp2 函數(shù)指針地址：0x7fff66238d80

  • pClass 是 LGPerson元類，sel 是 sayHello
  • 根據(jù)類方法存儲在元類中可知该编，sayHello是一個實例方法迄本，并不存儲在元類中，也沒有其任何實現(xiàn)课竣，所以進行了消息轉(zhuǎn)發(fā)

• imp3 函數(shù)指針地址：0x7fff66238d80

  • pClass 是 LGPerson類嘉赎，sel 是 sayHappy
  • 根據(jù)LGPerson文件，sayHappy是一個類方法于樟，并不存儲在類中公条，也沒有其任何實現(xiàn)，所以進行了消息轉(zhuǎn)發(fā)

• imp4 函數(shù)指針地址：0x100001d30

  • pClass 是 LGPerson元類迂曲，sel 是 sayHappy
  • 根據(jù)類方法存儲在元類文件靶橱，可以在元類中查找到sayHappy的具體實現(xiàn)，所以返回一個imp函數(shù)指針的地址

總結(jié)

• class_getInstanceMethod：獲取實例方法路捧，如果指定的類或其父類不包含帶有指定選擇器的實例方法关霸，則為NULL

• class_getClassMethod：獲取類方法，如果指定的類或其父類不包含具有指定選擇器的類方法杰扫，則為NULL队寇。

• class_getMethodImplementation：獲取方法的具體實現(xiàn)，如果未查找到章姓，則進行消息轉(zhuǎn)發(fā)

【面試題】iskindOfClass & isMemberOfClass 的理解

有這么幾行關(guān)于iskindOfClass & isMemberOfClass的代碼佳遣，分析出最終結(jié)果

• iskindOfClass & isMemberOfClass 類方法調(diào)用

//-----使用 iskindOfClass & isMemberOfClass 類方法
BOOL re1 = [(id)[NSObject class] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
BOOL re2 = [(id)[NSObject class] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
BOOL re3 = [(id)[LGPerson class] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
BOOL re4 = [(id)[LGPerson class] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
NSLog(@" re1 :%hhd\n re2 :%hhd\n re3 :%hhd\n re4 :%hhd\n",re1,re2,re3,re4);

• iskindOfClass & isMemberOfClass 實例方法調(diào)用

//------iskindOfClass & isMemberOfClass 實例方法
BOOL re5 = [(id)[NSObject alloc] isKindOfClass:[NSObject class]];       //
BOOL re6 = [(id)[NSObject alloc] isMemberOfClass:[NSObject class]];     //
BOOL re7 = [(id)[LGPerson alloc] isKindOfClass:[LGPerson class]];       //
BOOL re8 = [(id)[LGPerson alloc] isMemberOfClass:[LGPerson class]];     //
NSLog(@" re5 :%hhd\n re6 :%hhd\n re7 :%hhd\n re8 :%hhd\n",re5,re6,re7,re8);

其最終結(jié)果打印如下

image

源碼解析

先分析結(jié)果之前，首先需要分析下這兩個方法的源碼

• isKindOfClass 源碼解析（實例方法 & 類方法）

//--isKindOfClass---類方法凡伊、對象方法
//+ isKindOfClass：第一次比較是 獲取類的元類 與 傳入類對比零渐，再次之后的對比是獲取上次結(jié)果的父類 與 傳入 類進行對比
+ (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
    // 獲取類的元類 vs 傳入類
    // 根元類 vs 傳入類
    // 根類 vs 傳入類
    // 舉例：LGPerson vs 元類 (根元類) (NSObject)
    for (Class tcls = self->ISA(); tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

//- isKindOfClass：第一次是獲取對象類 與 傳入類對比窗声，如果不相等相恃，后續(xù)對比是繼續(xù)獲取上次 類的父類 與傳入類進行對比
- (BOOL)isKindOfClass:(Class)cls {
/*
獲取對象的類 vs 傳入的類 
父類 vs 傳入的類
根類 vs 傳入的類
nil vs 傳入的類
*/
    for (Class tcls = [self class]; tcls; tcls = tcls->superclass) {
        if (tcls == cls) return YES;
    }
    return NO;
}

• isMemberOfClass 源碼解析（實例方法 & 類方法）

//-----類方法
//+ isMemberOfClass : 獲取類的元類，與 傳入類對比
+ (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return self->ISA() == cls;
}
//-----實例方法
//- isMemberOfClass : 獲取對象的類笨觅，與 傳入類對比
- (BOOL)isMemberOfClass:(Class)cls {
    return [self class] == cls;
}

源碼分析總結(jié)

• isKindOfClass

  • 類方法：元類（isa） --> 根元類（父類） --> 根類（父類） --> nil（父類） 與 傳入類的對比
  • 實例方法：對象的類 --> 父類 --> 根類 --> nil 與 傳入類的對比

• isMemberOfClass

  • 類方法： 類的元類 與 傳入類 對比
  • 實例方法：對象的父類 與 傳入類 對比

然后通過斷點調(diào)試拦耐，isMemberOfClass 的類方法 和 實例方法的流程是正常的，會走到上面分析的源碼见剩，而isKindOfClass根本不會走到上面分析的源碼中（Ｉ迸础！苍苞！注意這里固翰，這是一個坑點）狼纬，而是會走到下面這個源碼中，其類方法和實例方法都是走到objc_opt_isKindOfClass方法源碼中

• 匯編調(diào)用如下

  
  
  匯編查看

• objc_opt_isKindOfClass方法源碼如下

// Calls [obj isKindOfClass]
BOOL
objc_opt_isKindOfClass(id obj, Class otherClass)
{
#if __OBJC2__
    if (slowpath(!obj)) return NO;
    //獲取isa骂际，
    //如果obj 是對象疗琉，則isa是類，
    //如果obj是類歉铝，則isa是元類
    Class cls = obj->getIsa(); 
    if (fastpath(!cls->hasCustomCore())) {
        // 如果obj 是對象盈简，則在類的繼承鏈進行對比，
        // 如果obj是類太示，則在元類的isa中進行對比
        for (Class tcls = cls; tcls; tcls = tcls->superclass) { 
            if (tcls == otherClass) return YES;
        }
        return NO;
    }
#endif
    return ((BOOL(*)(id, SEL, Class))objc_msgSend)(obj, @selector(isKindOfClass:), otherClass);
}

為什么會這樣呢柠贤？主要是因為在llvm中編譯時對其進行了優(yōu)化處理

所以調(diào)用objc_opt_isKindOfClass實際走的邏輯如圖所示

實際執(zhí)行邏輯

案例代碼執(zhí)行結(jié)果分析

根據(jù)源碼的分析，來分析代碼執(zhí)行的結(jié)果為什么是0或者1

使用類方法結(jié)果解析

• re1 :1 类缤，是 NSObject 與 NSObject 的對比臼勉，使用 +isKindOfClass

  • NSObject（傳入類，即根類） vs NSObject的元類即根元類-- 不相等
  • NSObject（傳入類餐弱，即根類） vs 根元類的父類即根類 -- 相等宴霸，返回1

• re2 :0 ，是 NSObject 與 NSObject 的對比岸裙，使用 +isMemberOfClass

  • NSObject根類（傳入類） vs NSObject的元類即根元類 -- 不相等

• re3 :0 猖败，是 LGPerson 與 LGPerson 的對比，使用 +isisKindOfClass

  • LGPerson（傳入類） vs LGPerson的元類即元類LGPerson -- 不相等
  • LGPerson（傳入類） vs 元類LGPerson的父類即根元類 -- 不相等
  • LGPerson（傳入類） vs 根元類的父類即根類 -- 不相等
  • LGPerson（傳入類） vs 根類的父類即 nil -- 不相等

• re4 :0 降允，是 LGPerson 與 LGPerson 的對比恩闻，使用 +isMemberOfClass

  • LGPerson（傳入類） vs 元類 -- 不相等

使用實例方法結(jié)果解析

• re5 :1 ，是 NSObject對象 與 NSObject 的對比剧董，使用 -isKindOfClass

  • NSObject（傳入類幢尚，即根類） vs 對象的isa即NSObject根類 -- 相等

• re6 :1 ，是 NSObject對象 與 NSObject 的對比翅楼，使用 -isMemberOfClass

  • NSObject（傳入類尉剩，即根類） vs 對象的類即NSObject根類 -- 相等

• re7 :1 ，是 LGPerson對象 與 LGPerson 的對比毅臊，使用 -isKindOfClass

  • LGPerson（傳入類） vs 對象的isa即LGPerson -- 相等

• re8 :1 理茎，是 LGPerson對象 與 LGPerson 的對比，使用 -isMemberOfClass

  • LGPerson（傳入類） vs 對象的類即LGPerson -- 相等